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Grażyna Stasińska

Observatoire de Paris

L'Univers dans ma poche

No 10

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La nébuleuse du Crabe

6 6 6 6 2 Le premier dessin de cet

objet, par Lord Rosse en

1844, vu à travers son

télescope de 90 cm de diamètre. Ce dessin a donné naissance au nom de " nébuleuse du Crabe » (bien qu'il évoque plutôt une punaise). Quoi qu'il en soit, le nom " Crabe » est encore utilisé aujourd'hui. Ci-dessous: la première photo de la nébuleuse du Crabe, obtenue en 1892 par Isaac

Roberts, ingénieur et astronome amateur

gallois. La pose était de 3 heures avec un ré?ecteur de 50 cm de diamètre.

La photo ne

ressemble pas beaucoup au dessin de Lord Rosse. Mais on peut déjà voir une certaine similitude avec l'image détaillée du télescope spatial

Hubble montrée sur

la couverture.

Ce?e nébuleuse fut découverte en

1731 par l'astronome amateur

anglais John Bevis et redécouverte plus tard par l'astronome français Charles

Messier, alors qu'il cherchait la comète

de Halley, dont le retour dans le ciel

était prévu pour 1758. Comme l'objet

ne se déplaçait pas au cours du temps, ce ne pouvait pas être une comète.

Messier lui a?ribua le numéro 1 dans

son "catalogue de nébuleuses et d'amas d'étoiles», qui ne doivent pas

être confondus avec des comètes.

Vers 1800, William Herschel l'observa

plusieurs fois avec un grand télescope et conclut qu'il s'agissait d'un amas d'étoiles. Plus d'un siècle plus tard, les spectres de cet objet - qui perme?aient aux astronomes d'analyser la nature de sa lumière - montraient que ce n'était pas un amas d'étoiles mais une vraie nébuleuse composée de gaz ionisé dilué.

Découverte

3

6 6 6 6

Cet événement est

consigné dans de vieilles chroniques chinoises comme le

Lidai mingchen zouyi

(à gauche). Le passage surligné concerne l'étoile invitée.

En 1054, l'astronome impérial Yang Weide

vit une nouvelle étoile dans le ciel de Chine. Ce?e " étoile invitée », comme on disait, fut visible en plein jour pendant 23 jours et demeura détectable dans le ciel nocturne pendant plus de deux ans. 6 6 6 6 Cet événement a également été observé dans d'autres parties du monde, y compris le

Japon, l'Europe et l'Arabie.

Le décalage des

raies spectrales est proportionnel à la vitesse de la source par rapport

à l'observateur. Ci-dessous

: Comment les spectres révèlent les mouvements des sources astronomiques

La source s'approche 6 6 6 6

Elle est au repos 6 6 6 6

Elle s'éloigne 6 6 6 6 4

Au début des années 1920, les astro-

nomes réalisèrent que la position de la Nébuleuse du Crabe coïncidait avec celle de l' " étoile invitée » vue par les astronomes chinois en 1054.

Ils remarquèrent aussi que sa taille

angulaire augmentait avec le temps et que le spectre de ses ?laments indiquait qu'ils se déplaçaient à une vitesse de 1500 kilomètres par seconde *. Ceci les amena à conclure que la nébuleuse était née et avait commencé son expansion environ

1000 ans plus tôt.

En 1928, Edwin Hubble suggéra que

la Nébuleuse du Crabe était un reste de l'étoile dont l'explosion avait été vue en

1054. Mais comme la physique de

l'explosion n'était pas encore comprise l'idée ne fut pas acceptée tout de suite. * Voir page 4

Le Crabe et l'étoile invitée

5

Dans le coeurde l'étoile, qui est la zone la plus chaude, les noyaux atomiques se combinent en noyaux plus lourds. Ce processus libère de l'énergie et la pression augmente. Lorsque le carburant est épuisé, la gravité contracte le coeur dont la température monte, jusqu'à

ce que de nouvelles réactions nucléaires puissent se produire.

6 La vie d'une étoile est une lu?e constante entre deux forces

opposées : la gravité qui provoque une contraction et la pression qui provoque une expansion.

Au début l'hydrogène se combine avec lui-

même pour former de l'hélium, puis l'hélium se combine avec lui-même pour former du carbone, le carbone se combine avec l'hélium pour former de l'oxygène etc. Dans les

étoiles massives, cela peut aller jusqu'à

la formation du fer. Si le processus se poursuit jusqu'à ce que le coeur de l'étoile soit devenu du fer pur, les réactions ne peuvent plus se produire et le coeur rétrécit.

En 1934, Baade et Zwicky proposèrent

que de telles explosions stellaires - appelées supernovae - pourraient se produire quand une étoile normale se transforme en une étoile de très petit rayon et de forte densité.

Mais la cause d'une telle transforma-

tion n'était toujours pas comprise à l'époque.

En 1957, les époux Burbidge avec

Fowler et Hoyle publièrent un article

décisif expliquant comment, dans les intérieurs très chauds des étoiles massives, les éléments chimiques se transforment peu à peu en éléments plus lourds, jusqu'à ce que le noyau soit entièrement composé de fer.

Alors le noyau s'e?ondre et les couches

externes explosent, éjectant les

éléments nouvellement formés dans

l'espace.

Supernova

7

6 6 6 6 8 Anatomie d'une étoile à neutrons

représentée par Dany Page (Univ. de Mexico)

6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

De l'extérieur vers l'intérieur, on trouve une " atmosphère » chaude dont la température est d'environ un million de degrés ; puis une enveloppe plus froide; puis une croûte cristalline de noyaux de fer ; ensuite un noyau extérieur fait de neutrons, de protons et d'électrons à l'état solide ; et en?n le noyau interne composé des mêmes particules mais à l'état liquide et des quarks, ces particules fondamentales dont sont composés les protons et les neutrons.

Les étoiles à neutrons

Lorsque le noyau d'une étoile a été

converti en fer, les réactions nucléaires s'arrêtent et un e?ondrement gravitationnel se produit en quelques secondes. L'a?raction de la gravité tasse les atomes les uns contre les autres. Les électrons fusionnent avec les protons, et il en résulte une sphère de neutrons très dense.

L'étoile à neutrons dans la nébuleuse du

Crabe est plus massive que le Soleil

mais son diamètre n'est que de 20 km environ. Un échantillon d'étoile à neutrons gros comme un morceau de sucre pèserait sur Terre autant que la population humaine toute entière.

Aux densités extrêmes des étoiles à

neutrons, les processus physiques ne sont pas les mêmes qu'ailleurs dans l'Univers. C'est la physique théorique qui permet de comprendre la structure interne d'une étoile à neutrons. 9

6 6 6 6 10

Pendant l'e?ondrement gravitationnel qui

produit l'étoile à neutrons, la vitesse de rotation de l'étoile augmente considérablement parce que l'étoile se rétracte

6 6 6 6 6 6 6 6

Les étoiles à neutrons

possèdent un champ magnétique très fort et leur rayonnement est émis dans d'étroits faisceaux provenant de leurs pôles magné- tiques. Il n'est observé que quand un faisceau pointe vers la Terre.

A chaque fois que le faisceau balaie la Terre

on observe un pic de rayonnement et l'objet semble pulser.

Ceci est dû au même

phénomène que l'augmentation de la vitesse de rotation d'une patineuse quand elle replie ses bras le long de son corps.

Le pulsar du Crabe

Dans les années 1960, les radio-

astronomes observèrent d'étranges signaux radio pulsés dans le ciel. Ils démontrèrent que ces impulsions provenaient de sources astronomiques qu'ils pouvaient localiser. Ces sources radio furent nommées pulsars. Le pulsar du Crabe fut l'un des premiers à être découverts.

Cependant, on comprit rapidement

que l'émission radio ne provenait pas d'un objet pulsant, mais plutôt d'une étoile à neutrons en rotation rapide, éme?ant un rayonnement dans deux étroits faisceaux. Ces faisceaux balaient l'espace à mesure que l'étoile tourne, comme le feraient ceux d'un phare. 11 12

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La nébuleuse de la Guitare

en lumière visible. Elle est produite par une

étoile à neutrons,

ordinaire par ailleurs, qui se déplace à grande vitesse.

Une image de Cas A en

rayons X. La lumière de l'explosion stellaire a dû a?eindre la Terre il y a environ 300 ans, mais il n'y a aucun témoignage

écrit de l'événement.

Une image du reste

de supernova Vela, prise par l'astronome amateur Marco Lorenzi en lumière visible.

Une image en rayons X de la

nébuleuse compacte autour du pulsar de Vela. Les structures en forme d'arc sont produites par des particules de haute énergie

émises par l'étoile à neutrons.

Autres " Crabes » dans l'Univers

Compte tenu du nombre d'étoiles

mortes dans la Voie lactée, celle-ci devrait contenir des milliards d'étoiles à neutrons. Mais la plupart sont vieilles et froides et donc indétectables. Même les étoiles à neutrons chaudes ne peuvent être détectées que lorsque le faisceau de leur pulsar est dirigé vers la Terre ou lorsqu'elles se trouvent dans un système binaire. Dans ce dernier cas, des rayons X sont souvent

émis par le gaz chaud tombant sur

la surface de l'étoile à neutrons.

À l'heure actuelle, près de 3.000

étoiles à neutrons sont connues

dans la Voie Lactée. La plupart ont

été détectées comme pulsars

radio. La page ci-contre montre certaines d'entre elles. 13 Quiz

Réponses au verso

Toutes ces images

représentent-elles la

Nébuleuse du Crabe ?

6 6 6 6

Quiz

6 6 6 6

Image obtenue à l'aide

du radiotélescope VLA

6 6 6 6 Image obtenue en

infrarouge par le télescope Spitzer 6 6 6 6

Toutes ces images

représentent la

Nébuleuse du Crabe

6 6 6 6

Image obtenue en

rayons X par le télescope Chandra 6 6 6 6

Image obtenue en

rayons gamma par le télescope Fermi 6 6 6 6

TUIMP Creative Commons

Pour en savoir plus sur ce?e

collection et sur les thèmes présentés dans ce mini-livre tu peux visiter h?p://www.tuimp.org

L'Univers dans ma poche Nº 10

Nr 1

Image de couverture: La nébuleuse du Crabe

image obtenue avec le télescope spatial de

Hubble. Crédits: NASA, ESA, J. Hester, and

A. Loll (ASU)

Les autres images de ce mini-livre

proviennent du HST, VLA, Spitzer, ALMA,

Chandra et Fermi.

Ce mini-livre a été écrit en 2018 par

Grażyna Stasińska de l'Observatoire de

Paris (France) et revu par Fabrice Mo?ez,

Mikaela Oertel et Silvano Bonazzola (tous

de l'Observatoire de Paris).quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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